专利名称：一种四路服务器主板的制作方法
技术领域：
本发明涉及计算机服务器技术领域，尤其涉及一种四路服务器主板。
背景技术：
服务器是在网络环境中为客户机提供各种服务的、特殊的专用计算机，在网络中服务器承担着资料的存储、传输和处理等关键任务。服务器可分为精简指令集计算机(RISC)和复杂指令集计算机(CISC)两种，X86指令集的服务器属于CISC。在八路以下的服务器市场，X86指令集的服务器具有很强的竞争力。通常可以用“四性”来衡量服务器的好坏，即可扩展性、可用性、可管理性以及可利用性。可扩展性是指服务器硬件可以根据需要进行灵活配置的能力；可用性是指服务器的容错性、可靠性；可管理性是指服务器是否易于管理和方便维护；从硬件的角度来讲可利用性是指服务器的处理能力是否满足工作负荷。主板是服务器的核心构件，它作为整个系统的平台决定了服务器的这些特性。
可利用性是一个相对于应用要求的指标，不同的应用所要求的服务器处理能力也不同。目前，1-2路X86服务器适用于企业的防火墙、缓存和负载均衡服务器，以及Web服务器。2-4路服务器适用于工作量很大的Web服务器和应用服务器。4-8路服务器适用于后台数据库和存储服务器。服务器的性能和处理器的数目之间并不是完全的线性关系，即四路服务器并不能达到一路服务器运算性能的四倍。多路服务器性能的提高主要受到程序并行度和系统架构两方面的影响。例如在X86系统最常见的基于总线的SMP结构中，由多个处理器、存储控制器、存储模块及桥路、I/O部件组成，这些处理器由一套总线与存储控制器相连，通过分时复用的方式共享这条总线，从存储模块中获取所需的指令和数据。这种结构的缺陷在于当处理器的数目增长时总线的带宽不能相应地增长。当多个处理器需要的带宽超过总线提供的带宽时，就形成了系统性能增长的瓶颈。对于四路服务器而言，这个瓶颈造成的影响已经相当显著了。
作为一台服务器还要求具有很高的可用性。因为服务器所面对的是整个网络的用户，只要网络中可能有用户，服务器就应当能够提供服务。提高可用性有两个方面，一是通过冗余设计去纠正错误和避免损害，如ECC存储器、冗余电源等；二是尽量避免故障的发生，如使用故障率低的部件、改善服务器的工作环境等。服务器的监控系统可以对服务器的工作环境进行监测，从而避免由于工作环境的因素造成故障。同时，监控系统还可以提高服务器的可管理性，特别是在集群应用中，监控系统能够使服务器的管理由杂乱、烦琐变得集中、高效。
目前市场上的主板并不能从硬件上直接支持监控系统应用，监控系统的使用通常需要改变服务器内的接线和提供相应的软件支持。这使得系统变得臃肿，有时还需要消耗处理器的资源。特别是在服务器的集群应用中，对服务器的可管理性有十分突出的要求，而一般服务器的设计并没有对这种应用进行优化。
发明内容
本发明要解决的技术问题针对现有技术中四路服务器系统的系统性能增长瓶颈和可管理性差的问题，提供一种四路服务器主板，提高四路服务器的可扩展性、可用性、可管理性和可利用性。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种四路服务器主板，包括四个处理器、存储模块、外围输入/输出部件，扩展的外部设备互连桥芯片、南桥芯片、通过扩展的外部设备互连总线连接的外部设备互连设备，其中存储模块与处理器连接，外围输入/输出部件与南桥芯片连接；处理器之间、处理器、扩展的外部设备互连桥芯片、和南桥芯片之间通过超传输总线传递信息。
在上述方案中，所述超传输-扩展的外部设备互连桥芯片扩展出两组扩展的外部设备互连总线，南桥芯片扩展出外部设备互连总线、少量引脚总线、内部集成电路总线、通用串行总线和集成驱动电子设备接口；超级输入/输出芯片通过少量引脚总线与南桥芯片联接。
在上述方案中，所述存储模块为双倍数率双列直插内存模块。
在上述方案中，所述处理器为AMD Opteron处理器，四个处理器均配有双倍数率双列直插内存模块，在四个处理器中有一引导处理器，所述引导处理器配有四个双倍数率双列直插内存模块，其他处理器配有两个双倍数率双列直插内存模块。
在上述方案中，外围输入/输出部件通过所述超传输总线连接到所述引导处理器上，直接与所述引导处理器相连的是扩展的外部设备互连桥AMD8131，扩展出两组扩展的外部设备互连总线，每组扩展的外部设备互连总线的总线频率和工作模式可以独立调整。
在上述方案中，所述四路服务器主板还包括一个监控端口，所述监控端口将内部集成电路总线等信号引出。
在上述方案中，所述监控端口使用一个22针的插槽置于外部设备互连总线插槽后，并与其成一条直线，允许插入的监控卡使用外部设备互连总线的信号。
在上述方案中，所述监控端口包括如下信号键盘的时钟、数据信号，鼠标的时钟、数据信号，VGA视频信号组，连接环境测量模块的I2C总线信号，开机、复位信号。
在上述方案中，所述四路服务器主板还包括一个标识指示电路，用于在机群中标识某台服务器，所述标识电路由所述四路服务器主板的板上电路部分和板外电路部分组成，两部分电路通过一个2针插座相连。
在上述方案中，所述四路服务器主板的板上电路部分位于所述四路服务器主板上，由电阻、2针插座、发光二极管串连组成，电阻的一端接5V的待机电源，发光二极管的阳极接至2针插座，阴极接至电源地，发光二极管位于所述四路服务器主板边缘靠近机箱后面板的位置。
在上述方案中，板外电路部分不在主板上，由手动自锁按键、发光二极管和2针插头组成，手动自锁按键和发光二极管串连后两端通过导线接至2针插头，手动自锁按键和发光二极管均位于机箱的前面板上。
由上可知，本发明通过采用NUMA结构解决了多处理器系统共享系统总线和存储总线所造成的系统瓶颈，各个处理器上存储模块扩展槽的配置方法允许用户合理地进行扩展，提升了服务器的可用性；用户能够根据需要自行选择PCIX总线的工作模式和工作频率，改善了服务器的可扩展性；监控端口提供了一种有效的监控系统方案，与标识指示电路一起加强了服务器的可管理性和可靠性，尤其增强了集群应用中的可管理性。
图1为本发明的四路服务器主板结构图；图2为本发明实施例的四路服务器主板逻辑结构图；图3为本发明实施例的四路服务器主板的PCIX总线的工作频率和模式调整电路；图4为本发明实施例的四路服务器主板的监控插槽的结构图；图5为本发明实施例的四路服务器主板的标识指示电路图。
具体实施例方式
下面结合附图详细说明本发明的技术方案。
图1本发明的四路服务器主板结构图，如图所示，四路服务器主板包括四个处理器10、分别与处理器连接的存储模块20、扩展的外部设备互连(PCIX)桥芯片30、南桥芯片40、通过PCIX总线连接PCIX桥芯片30的PCIX/PCI设备50及与南桥芯片连接的其它I/O部件60，其中处理器之间、处理器、PCIX桥芯片、和南桥芯片之间通过超传输(HT)总线传递信息。
图2示出了本发明的具体实施例中的四路服务器主板结构图。
如图2所示，该主板包括四个Opteron处理器1、分别与处理器连接的双倍数率双列直插内存模块(DDR DIMM)2、超传输-扩展的外部设备互连(HT-PCIX)桥芯片3、南桥芯片4和外围I/O部件。4个Opteron处理器1，HT-PCIX桥芯片3和南桥芯片4通过超传输(HT)总线联接。HT-PCIX桥接芯片3扩展出两组PCIX总线，南桥芯片4扩展出PCI总线、少量引脚(LPC)总线、内部集成电路(I2C)总线、通用串行总线(USB总线)和集成驱动电子设备(IDE)接口5。BIOS存储器6、superI/O通过LPC总线与南桥芯片联接。监控端口7将I2C总线等信号引出。
四个处理器1之间通过HT总线连接，HT总线为16位宽，工作在800MHz，具有6.4GB/s的带宽。每个处理器都有直接相连的存储模块，并支持双信道工作模式。由于引导处理器(BSP，Bootstrap Processor)距离I/O通道最近，大的存储空间有利于性能的提高，因此给它外接了四个双数据率(DDR)的双列直插存储模块(DIMM)扩展槽，其余的处理器各带有两个DDR DIMM。目前，各条存储器总线的工作频率可达200MHz，双通道时带宽为6.4GB/s。这种NUMA结构的存储总线带宽可以接近基于总线的SMP的四倍，而系统总线带宽的改善更大，从而避免了基于总线的SMP中多处理器共享系统总线和存储总线带宽时产生的系统性能瓶颈。
I/O通道的扩展通过BSP的HT总线连接桥路芯片实现。物理上与BSP直接相连的是PCIX桥，本发明中使用的是AMD8131。它们之间的HT总线为16位宽，工作在800MHz，具有6.4GB/s的带宽。AMD8131扩展出两路PCIX总线，两路PCIX总线的工作频率和模式都可以设置以适应不同的PCIX设备。其中一路PCIX总线带有两个PCIX扩展槽，可以外插一块133MHz的PCIX卡或两块100MHz以下的PCIX或PCI卡。另一路PCIX总线挂有一个双千兆以太网控制器和一个Ultra320 SCIC控制器，以及两个PCIX扩展槽外，其中的一个PCIX槽可以插入零通道的廉价磁盘冗余阵列(ZCR)子卡，与主板上的小型计算机系统接口(SCIC)控制器构成小型计算机系统接口廉价磁盘冗余阵列(SCIC RAID)控制系统。
AMD8131的HT总线再向下扩展，与南桥芯片AMD8111相连。它们之间的HT总线为8位宽，工作在200MHz，具有800MB/s的带宽。南桥主要负责低速I/O的扩展和系统管理。南桥内集成了USB1.1控制器、IDE控制器和一个百兆以太网控制器，发明中使用了其中的USB1.1控制器、IDE控制器来连接相应的设备。
在南桥扩展出的一路32位的PCI总线上，连接了USB 2.0控制器、串行高级技术附件(SATA)控制器、VGA显示模块和一个PCI扩展槽。
在南桥扩展出的LPC总线上连接有BIOS存储器和c I/O，BIOS内存用于存储BIOS，Super I/O用于连接键盘、鼠标、串口、并口和软驱。
PCIX总线的工作频率和模式调整电路见附图3，PCIX总线的工作频率和模式通过设置AMD8131的相关引脚的电压进行修改。两个PCIX总线有各自独立的配置引脚，图中只画出了一个通道的，另一通道与此相同。相对应的选择项如下表，其中X表示与此引脚状态无关，0表示高电平，1表示低电平。本发明中使用一组开关电路来设置这些引脚的电压，通过设置这些开关可以得到申请书表中全部的组合。例如，要把PCIX总线设置成133MHz，则将k1、k2、k3断开，GNT4#、GNT3#为低电平，PCIXCAP为高电平。
监控端口7使用了一个与PCI插槽20同系列的22脚的插槽，它作为PCI的扩展部分放置在PCI槽20的后面，参见附图4。监控卡可以从PCI接口中获得电源和其它信号，当不使用监控卡时，PCI插槽可以正常插入PCI卡。
信号的定义如下
主板提供的标识指示电路见图5，使用发光二极管作为指示灯。虚线框中的器件安装在机箱的前面板上，K为自锁开关，L1为发光二极管。主板上的发光二极管L2放置在靠近机箱后面板的主板边缘，可以从机箱后面观察到。J为一个两针插座，K和L1可以直接插到主板，这时机箱前后的指示灯可以通过手动模式开关；这两部分电路也可以通过2针的插头接到监控卡上，通过监控系统来手动或自动地控制指示灯的开关。例如在机群中，当某台服务器处理器过热时，监控系统报警并点亮此服务器的L1和L2以便于查找。
本发明采用非一致性内存访问(NUMA)结构，在NUMA结构中，系统总线和存储总线的条数能够随着处理器的数目增长，因此能够避免基于总线的对称多处理器(SMP)结构中处理器之间需要共享同一系统总线和存储总线造成的瓶颈。AMD公司推出的Opteron处理器片内带有存储控制器和高速的处理器间互连总线，宜于构成NUMA结构的服务器，本发明中使用了这一款处理器来构架系统。
当前服务器的高速I/O扩展主要通过扩展的外部设备互连总线/外部设备互连(PCIX/PCI)扩展卡实现，PCIX/PCI总线本身有多种工作频率。为了支持尽可能多的扩展卡，本发明中设计了一套PCIX/PCI总线频率设置电路，能够对PCIX/PCI总线的工作频率进行修改以适应扩展卡的要求。
为了简化监控系统的设计，本发明中提供了一个专门的接口。利用这个接口能够实现一个简洁有效的监控系统解决方案，并且无需消耗处理器资源。另外，在集群应用中要使用KVM系统(键盘、显示、鼠标切换系统)让多个服务器共享一套键盘、鼠标和显示器，现有的键盘、显示器、鼠标(KVM)系统需要外接的电路和多根外部连线，本发明中提供的接口还提供了KVM系统所需的信号，KVM电路与监控电路可以做在一张卡上插在机箱内，外部只需一根连接电缆。
监控端口提供了支持以下功能的信号1、支持硬件监测系统，它用来读取主板上的电压、温度、风扇转速等值，并能够在监测值超出正常范围时报警。主板上含有传感器和检测器件，通过主板上检测模块的I2C总线接口可以获得测量值。引出的信号为I2C总线的时钟信号和数据信号。
2、支持KVM系统，即键盘、鼠标和显示切换系统。该系统可以实现用一套键盘、鼠标、显示器来操作最多达1024台计算机，其细节见发明《采用总线结构的KVM切换器》。引出的信号为鼠标时钟、鼠标数据、键盘时钟、键盘数据，显示输出的红、绿、蓝、行同步、场同步。
3、支持服务器的远程开机和复位。
为了方便在集群应用中查找某一台服务器，本发明还提供一套服务器标识指示电路，可以通过本地手动或远程控制的方式标识服务器。
本发明解决了多处理器系统共享系统总线和存储总线所造成的系统瓶颈，各个处理器上存储模块扩展槽的配置方法允许用户合理地进行扩展，提升了服务器的可用性；用户能够根据需要自行选择PCIX总线的工作模式和工作频率，改善了服务器的可扩展性；监控端口提供了对监控系统的硬件支持，与标识指示电路一起加强了服务器的可管理性和可靠性，尤其增强了集群应用中的可管理性。
最后所应说明的是以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种四路服务器主板，包括四个处理器、存储模块、外围输入/输出部件，其特征在于，还包括扩展的外部设备互连桥芯片、南桥芯片、通过扩展的外部设备互连总线连接的外部设备互连设备，其中存储模块与处理器连接，外围输入/输出部件与南桥芯片连接；处理器之间、处理器、扩展的外部设备互连桥芯片、和南桥芯片之间通过超传输总线传递信息。
2.如权利要求1所述的四路服务器主板，其特征在于，所述扩展的外部设备互连桥芯片扩展出两组扩展的外部设备互连总线，南桥芯片扩展出外部设备互连总线、少量引脚总线、内部集成电路总线、通用串行总线和集成驱动电子设备接口；超级输入/输出芯片通过少量引脚总线与南桥芯片联接。
3.如权利要求1所述的四路服务器主板，其特征在于，所述存储器为双倍数率双列直插内存模块。
4.如权利要求1和3所述的四路服务器主板，其特征在于，所述处理器为AMD Opteron处理器，四个处理器均配有双倍数率双列直插内存模块，在四个处理器中有一引导处理器，所述引导处理器配有四个双倍数率双列直插内存模块，其他处理器配有两个双倍数率双列直插内存模块。
5.如权利要求1所述的四路服务器主板，其特征在于，外围输入/输出部件通过所述超传输总线连接到所述引导处理器上，直接与所述引导处理器相连的是扩展的外部设备互连桥AMD8131，扩展出两组扩展的外部设备互连总线，每组扩展的外部设备互连总线的频率和模式可以独立调整。
6.如权利要求1所述的四路服务器主板，其特征在于，所述四路服务器主板还包括监控端口，所述监控端口将内部集成电路总线等信号引出。
7.如权利要求6所述的四路服务器主板，其特征在于，所述监控端口使用一个22针的插槽置于外部设备互连插槽后，并与其成一条直线，允许插入的监控卡使用外部设备互连总线的信号。
8.如权利要求6所述的四路服务器主板，其特征在于，所述监控端口包括如下信号键盘的时钟、数据信号，鼠标的时钟、数据信号，视频图形阵列信号组，连接环境测量模块的内部集成电路总线信号，开机、复位信号。
9.如权利要求1所述的四路服务器主板，其特征在于，所述四路服务器主板还包括一个标识指示电路，用于在机群中标识某台服务器，所述标识电路由所述四路服务器主板的板上电路部分和板外电路部分组成，两部分电路通过一个2针插座相连。
10.如权利要求9所述的四路服务器主板，其特征在于，所述四路服务器主板的板上电路部分位于所述四路服务器主板上，由电阻、2针插座、发光二极管串连组成，电阻的一端接5V的待机电源，发光二极管的阳极接至2针插座，阴极接至电源地，发光二极管位于所述四路服务器主板边缘靠近机箱后面板的位置。
11.如权利要求9所述的四路服务器主板，其特征在于，所述的板外电路部分由手动自锁按键、发光二极管和2针插头组成，手动自锁按键和发光二极管串连后两端通过导线接至2针插头，手动自锁按键和发光二极管均位于机箱的前面板上。
全文摘要
本发明提供的一种四路服务器主板，包括四个处理器、存储模块、外围输入/输出部件，扩展的外部设备互连桥芯片、南桥芯片、通过扩展的外部设备互连总线连接的外部设备互连设备。通过采用NUMA结构解决了多处理器系统共享系统总线和存储总线所造成的系统瓶颈，各个处理器上存储模块扩展槽的配置方法允许用户合理地进行扩展，提升了服务器的可用性；用户能够根据需要自行选择PCIX总线的工作模式和工作频率，改善了服务器的可扩展性；监控端口提供了一种有效的监控系统方案，与标识指示电路一起加强了服务器的可管理性和可靠性，尤其增强了集群应用中的可管理性。
文档编号G06F15/76GK1707463SQ20041004639
公开日2005年12月14日 申请日期2004年6月9日 优先权日2004年6月9日
发明者孙凝晖, 历军, 聂华, 孟丹, 胡鹏, 解利伟 申请人:中国科学院计算技术研究所